我们对细胞毒性T细胞的认知，又要刷新了。

今天，由美国圣裘德儿童研究医院迟洪波领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》发表了一项重磅研究成果[1]，让我们对瘤内细胞毒性T细胞的分化过程有了更深入的认知。

他们基于CRISPR基因编辑技术，绘制了有史以来最完整的肿瘤内T细胞转录因子图谱，发现了调控细胞毒性T细胞分化的三个检查点。他们还证实，耗竭前体T细胞（T_pex）退出静息状态并往中间型终末耗竭T细胞（T_ex）分化，以及让中间型T_ex保持分化增殖状态，是免疫系统抗肿瘤的关键。

迟洪波团队认为，他们这项研究成果为改善免疫治疗效果搭建了一个系统的框架。圣裘德儿童研究医院的周培培、史豪和黄宏龄是论文的共同第一作者。

论文首页截图

李白说，“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回”。

其实T细胞的分化过程与此类似。

位于“山巅”的前体T细胞是源头，而“奔流入海”的耗竭T细胞则是结局。理想的T细胞位于二者之间，这些T细胞分化程度足够，但又不过分，因此具有较强的增殖能力和有效的抗癌活性，且能积极响应免疫治疗。

然而，T细胞一旦进入肿瘤，就会被微环境中的各种分子调控，迫使T细胞进入终末耗竭状态，很快就失去抗癌的能力，且不再响应免疫治疗。因此，要想重振免疫系统的抗癌能力，就得像肿瘤一样了解T细胞的分化，然后操纵T细胞的分化方向。

遗憾的是，科学家并没有完全弄清楚上述问题。

从左到右：周培培、史豪和迟洪波（图片来源：圣裘德儿童研究医院）

为了搞清楚T细胞分化的过程，迟洪波团队决定借助于单细胞CRISPR（scCRISPR）技术，搞清楚T细胞进入肿瘤后的命运走向。他们的筛选围绕180个转录因子（TF）展开，共涉及42209个T细胞，其中就包括T_pex和T_ex。

之前的研究表明，T_ex是肿瘤内细胞毒性T细胞的主要群体，能直接杀伤肿瘤细胞，不过它们会逐渐失去增殖能力，而且它们不响应现有的免疫疗法。而T_pex可以响应免疫治疗，在免疫检查点抑制剂的处理下，会分化成T_ex抗癌。因此，接下来迟洪波团队重点就研究了T_pex往T_ex分化的调节机制。

他们发现，这个分化轨迹大概是这样的：从耗竭前体样状态1（T_pex1），分化出T_pex2，再分化出终末耗竭样状态1（T_ex1），最后是T_ex2。在肿瘤进展过程中，T_ex2细胞比例持续增加，而两种T_pex细胞状态减少。

分化流程图

后面的工作就是要确定调节上述分化流程的关键点。

首先是T_pex1向T_pex2的转变。他们发现这个过程受Ikzf1基因调节，Ikzf1的缺失会导致T_pex1不能从静息状态退出，也就抑制了T_pex1向T_pex2的转变。这带来的后果是T_pex细胞积累和T_ex细胞减少。

从分子机制上来说，Ikzf1的缺失导致它编码的蛋白IKAROS减少，与干性相关的TCF-1就失去了抑制因子处于激活状态，促使T_pex1处于不活跃状态。简单来说，Ikzf1基因的表达是T_pex1向T_pex2转变的关键。

正因为如此，Ikzf1基因缺失的T细胞不响应抗PD-L1抗体。即使此类T细胞在肿瘤中含量很高，它们也不会增加抗肿瘤效果。

Ikzf1基因缺失，T细胞就睡不醒

接下来轮到T_pex2细胞向T_ex1细胞转变了。

迟洪波团队分析数据发现，Ets1是最主要的负调控因子之一。Ets1缺失与T_ex1细胞扩增，以及T_pex细胞比例降低密切相关。

而且瘤内Ets1缺失的T细胞还显示出与效应功能、细胞毒性和增殖相关的标志物表达增加。从机制上看，Ets1缺失T细胞的BATF活性增强，而BATF是细胞毒性T细胞效应功能的有效调节因子。因此，是ETS1-BATF轴在调节T_pex2向T_ex1的转变。

正如预料的那样，Ets1缺失联合抗PD-L1抗体会增强抗肿瘤效果。人体肿瘤样本也表明，ETS1的水平与免疫治疗的效果负相关。

Ets1缺失增强免疫治疗效果

最后是T_ex1向T_ex2的转变。

迟洪波团队发现Rbpj的缺失会上调T细胞的增殖特征，阻止T_ex1向T_ex2转变，选择性地导致T_ex1积累。值得注意的是，在人类肿瘤样本中，他们也发现功能障碍的T细胞中Rbpj表达水平最高，而且CD8阳性T细胞中Rbpj低表达与免疫治疗临床反应增强有关。

功能受损，Rbpj表达水平高

从细胞的表性来看，在Rbpj缺失的T细胞中，表达GZMB和IFNγ细胞占比和数量都增加，而且穿孔素和其他效应相关分子的表达也上调，这表明此类细胞的细胞毒性和效应特征增强。从机制上来说，Rbpj缺失缺失后，IRF1活性增加是Tex细胞增殖和抗肿瘤作用增强所必需的。

小鼠实验也表明，Rbpj缺失联合抗PD-L1抗体会增强抗肿瘤效果。

Rbpj缺失联合抗PD-L1抗体会增强抗肿瘤效果

总的来说，迟洪波团队的这项研究成果让我们搞清楚了瘤内T细胞的分化过程，他们发现的那三个T细胞分化检查点对于改善癌症的免疫治疗有重大意义。

未来，基于本研究的发现，有望开发出重编程瘤内T细胞，提升免疫治疗效果的药物。

参考文献：

[1].Zhou P, Shi H, Huang H, et al. Single-cell CRISPR screens in vivo map T cell fate regulomes in cancer. Nature. 2023. doi:10.1038/s41586-023-06733-x

文章来源：奇点网